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Wässrige Energie Nanoporöses Silizium plus Wasser und Reibung ergeben Strom

Quelle: Technische Universität Hamburg 2 min Lesedauer

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Europäische Forscher haben mithilfe von Wasser, das in nur Nanometer messende Poren von Silizium eingeschlossen ist, Strom erzeugt. Wie das geht, verraten sie hier ...

Silizium gehört zu den häufigsten Elementen auf der Erde. Wer hätte gedacht, dass es in Zusammenhang mit Wasser und Druck als Stromquelle dienen kann? Das hat ein Team aus europäischen Forschen jetzt jedenfalls bewiesen ...(Bild: Mineraldoc)
Silizium gehört zu den häufigsten Elementen auf der Erde. Wer hätte gedacht, dass es in Zusammenhang mit Wasser und Druck als Stromquelle dienen kann? Das hat ein Team aus europäischen Forschen jetzt jedenfalls bewiesen ...
(Bild: Mineraldoc)

In einer Studie bewiesen Experten von „CIC energiGUNE“ aus Spanien, der Universität Ferrara in Italien, der TU Hamburg und DESY sowie der Universität Schlesien in Katowice in Polen und der Technischen Universität Riga, dass das zyklische Ein- und Ausfließen von Wasser in wasserabweisende, nanoporöse Siliziummonolithe messbare elektrische Energie erzeugen kann. Das zuvor entwickelte System – ein sogenannter Intrusion–Extrusion triboelektrischer Nanogenerator (IE-TENG) – nutzt Druck, um Wasser zyklisch in winzige Poren zu pressen und es dann wieder herauszulassen. Während das geschieht werden elektrische Ladungen an der Grenzfläche zwischen den Porenwänden im Silizium und der Flüssigkeit getrennt. Das ist eine Art Reibungselektrizität, wie sie häufig im Alltag – etwa beim Kämmen mit einem Kunststoffkamm – entsteht. Dabei werden Elektronen von einem Objekt auf ddas andere übertragen, wobei sich die Elektronen allmählich sammeln. Es kommt dann schlagartig zur Entladung, wenn ein leitfähiger dritter Körper berührt wird. Die Ladung fließt ab, man erkennt vielleicht einen kleinen Funken und man spürt einen leichten elektrischen Schlag.

Bei der neuen Art der Stromerzeugung braucht es lediglich Druck, durch den Wasser in die Poren von nanoporösem Silizium hinein- und wieder hinausbefördert wird. Auch das erzeugt Reibung und schließlich Strom. Wo also hohe mechanische Drücke wirken, spart man sich in Systemen Batterien oder andere Stromquellen.(Bild: TU Hamburg)
Bei der neuen Art der Stromerzeugung braucht es lediglich Druck, durch den Wasser in die Poren von nanoporösem Silizium hinein- und wieder hinausbefördert wird. Auch das erzeugt Reibung und schließlich Strom. Wo also hohe mechanische Drücke wirken, spart man sich in Systemen Batterien oder andere Stromquellen.
(Bild: TU Hamburg)

Autonome Stromerzeugung durch wassergetriebene Materialien

Die Wissenschaftler haben bei ihren Versuchen nun aber eine Energieumwandlungseffizienz von bis zu neun Prozent erreicht, das zählt zu den höchsten Werten, die bisher für Fest-Flüssig-Nanogeneratoren berichtet wurden, wie man betont. Erstaunlich: Selbst reines Wasser kann demnach, wenn es im Nanomaßstab eingeschlossen ist, durch Reibung elektrischen Strom erzeugen. Die Kombination von nanoporösem Silizium und Wasser schafft nun aber eine effizientere, reproduzierbarere Energiequelle – ohne dafür exotische Materialien zu benötigen. Denn Silizium ist alles andere als selten und Wasser auch nicht. Entscheidend war, wie es weiter heißt, die Entwicklung von präzise kontrollierbaren Siliziumstrukturen, die sowohl elektrisch leitfähig als auch nanoporös und hydrophob sind. Diese Architektur erlaubt es dann, die Bewegung von Wasser im Inneren der Poren gezielt zu steuern. So kann schließlich der Energieumwandlungsprozess stabil und skalierbar gemacht werden. Diese Erkenntnisse eröffnen nach Meinung der Forscher neue Perspektiven für autonome, wartungsfreie Sensorsysteme, die ganz ohne eigene Batterie oder eine andere Stromversorgung auskommen – etwa um Wasser aufzuspüren, für Sport- und Gesundheitsmonitoring in „intelligenten“ Textilien oder für die haptische Robotik, bei der Berührung oder Bewegung direkt elektrische Signale erzeugt.

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